Ячеистые бетоны впервые были получены в 1889 г. Гоффманом (Чехия). Он примешивал к подвижным цементным и гипсовым растворам кислоты и углекислые или хлористые соли, выделявшие при химическом взаимодействии газ, который создавал пористую структуру у затвердевших растворов. Патент Гоффмана не получил практического применения.
Следующий шаг в этом направлении был сделан в 1914 г. Аулсвортом и Дайером (США), предложившими применять в качестве газообразователя порошки алюминия, цинка и некоторых других металлов, которые при взаимодействии с Са(ОН)2 выделяли водород и действовали как вспучивающие добавки. Это изобретение следует считать началом современной технологии газобетона широкого применение пергидроли не нашло применения. Однако в истории развития ячеистого бетона известно практическое производственное использование этого газообразователя в СССР.
Практическое значение для развития производства газобетона имели исследования Эрикссона (Швеция), начатые в 1918-1920 гг. Он предложил вспучивать подвижную смесь извести с тонкоизмельченными кремнеземистыми компонентами и добавкой цемента (10%) при взаимодействии алюминиевого порошка с растворенным Са(ОН)2. Производство этого материала, т.е. газосиликата фирмой "Итонг", было начато в 1929 г. в шведском городе Иксхульт на предприятии при производительности 15 тыс. м3/год. При этом в основу технологии был положен способ тепловлажностной обработки (ТВО) в автоклавах известково-кремнеземистых композиций, запатентованный в 1880 г. В. Михаэлисом.
В дальнейшем развитие технологии автоклавного газобетона по способу Эрикссона сначала в Швеции, а затем и в других странах, пошло двумя путями. Один путь привел к началу производства газосиликата "Итонг". Это пористый бетон автоклавного твердения, получаемый из смеси извести с кремнеземистыми добавками, но без цемента. Второй путь привел в 1934 г. к другой разновидности газобетона - "Сипорекс", предложенным финским инженером Леннартом Форсэном и шведским инженером Иваром Эклундом, и получаемым на основе смеси из портландцемента и кремнеземистого компонента, но без добавки извести.
По этим двум направлениям производство газобетона стало развиваться с середины 30-х годов во многих странах. В настоящее время заводы газобетона и газосиликата фирм "Итонг", "Сипорекс" "Хебель", "Верхан", "Маза-Хенке", "Хёттен" и других работают во многих странах мира. В странах СНГ кроме завезенной в 60-е года польской технологии имеются действующие разработки ведущих отраслевых институтов Минстроя СССР, в т.ч., НИПИсиликатобетона (Таллинн), ВНИИСтром (Москва), Южгипростром (Киев) и др.
Второе направление получения ячеистого бетона состоит в смешении водного раствора сырьевых материалов с предварительно приготовленной пеной. В зависимости от вида вяжущего вещества и кремнеземистого компонента материалы получили название пенобетонов, пеносиликатов, пенозолосиликатов, пеношлаков, гипсопенобетонов и т.д. Впервые способ получения пенобетона путем смешивания растворов вяжущих веществ с пеной предложил датский инженер Е.С. Байер в 1911 г. Но практическое изготовление пенобетона этим способом началось в 1923-1925 гг. сначала в Дании, затем в Германии и других странах. С тех пор было выдано большое количество патентов на способы получения пенобетона из разных видов минерального сырья и с различными пенообразователями. Отдельные разновидности пенобетона известны за границей под названиями "целленбетон", "изобетон", "бетосел" и др. В настоящее время за рубежом пенобетон распространен менее газобетона.
Производство ячеистых бетонов в зарубежной практике значительно расширилось в послевоенный период. Так, в Швеции в 1945 году объемы производства стеновых блоков и армированных элементов из ячеистого бетона превысили довоенный уровень, а в 1947 году на 9 заводах объем выпуска изделий составил 885 тыс. м3, и около 25% всех ограждающих конструкций, производимых в то время в Швеции. После 1947 года отмечается постоянный рост производства изделий из ячеистого бетона. В 1964 году объем производства армированных газобетонных конструкций составил 1,5 млн. м3, что позволило покрыть 50% потребностей в стеновых конструкциях страны. ФРГ была следующей страной после Швеции и СССР, где производство ячеистых бетонов в послевоенный период стало широко развиваться. В течение нескольких лет там вступили в строй ряд производств по выпуску ячеистого бетона. К 1966 году выпуск ячеистого бетона в этой стране возрос до 1,2 млн. м3. Почти половину из этого объема составили армированные стеновые панели и плиты покрытий, остальное - мелкоштучные блоки. В настоящее время в Германии работают крупнейшие заводы в мире по производству изделий из газобетона.
Первые исследования технологии и свойств ячеистых бетонов в нашей стране относятся к тридцатым годам. Советские ученые П.А. Ребиндер, А.А. Брюшков, Б.Н. Кауфман и другие разработали технологию теплоизоляционного пенобетона естественного твердения и изучили его свойства. Работы М.Н. Гензлера, Б.Н. Кауфмана, К.И. Шульца и др. в начале 30-х годов способствовали практическому внедрению в строительство неавтоклавного монолитного пенобетона, получаемого в условиях стройплощадки. И.Т. Кудряшов и др. в середине 30-х годов установили, что по сравнению с неавтоклавным пенобетоном, автоклавный имеет ряд преимуществ: сокращение расхода цемента, снижение явления усадочных деформаций, повышение прочности бетона и сокращение времени его твердения. Впервые изготовление автоклавных пенобетонных изделий началось в 1939 г. в Новосибирске и Челябинске. В начале сороковых годов И.Т. Кудряшовым была разработана технология изготовления изделий из автоклавного пеносиликата с применением извести-кипелки и молотого песка.
В послевоенный период заметно расширились исследовательские работы по ячеистым бетонам. Они, в основном, были направлены на изучение различного сырья и использования отходов промышленности, разработке технологических параметров изготовления ячеистобетонных изделий, в том числе режимов автоклавной обработки. Так, Ф.П. Кивисельг и другие провели обширные исследования сланцезольного пенобетона - пенокукермита. П.И. Боженов и М.С. Сатин разработали технологию автоклавного пенобетона на нефелиновом цементе. Широкие исследования золы-уноса для производства ячеистого бетона были проведены А.Т. Барановым и Г.А. Бужевичем, К.Э. Горяйновым, А.И. Ивановым и Н.И. Федыниным и многими другими учеными. Из технологических исследований послевоенных лет следует отметить работы по изысканию новых поризаторов и технологических приемов производства ячеистого бетона. Это исследования газообразователя пергидроля П.Д. Кевеш, Э.Я. Эршлер, разработки Л.М. Розенфельда по пенообразователю "ГК" для ячеистых бетонов. Многочисленные исследования различных технологических способов и режимов автоклавной обработки изделий и производства ячеистых бетонов были выполнены И.Т. Кудряшовым, Л.М. Розенфельдом и А.Г. Нейманом, М.Я. Кривицким, Н.С. Волосовым, А.Н. Крашенинниковым, И.Л. Жодзинским и В.В. Макаричевым и другими. Е.С. Силаенков провел исследования по изучению вопросов долговечности конструкций из ячеистого бетона. Теплотехнические исследования ячеистых бетонов провели К.Ф. Фокин, Б.Н. Кауфман, А.Ф. Чудновский и др. Все эти и другие исследовательские работы способствовали дальнейшему росту производства и применения ячеистого бетона в строительстве.
Первый опыт производства ячеистых бетонов неавтоклавного твердения проходил в условиях, когда вопросы, связанные с долговечностью этого материала не были изучены. К тому времени недостаточно было исследовано влияние температурных и усадочных воздействий на долговечность бетона, а также влияние технологических факторов производства изделий, влажностного состояния изделий в эксплуатации. Крупноразмерные ограждающие изделия из ячеистых бетонов отличались весьма низкой трещиностойкостью и необоснованно использовались без специальной защиты при повышенной влажности или при воздействии агрессивных сред. Незащищенный ячеистый бетон в этих условиях быстро разрушался.
Из опыта применения конструкций из ячеистого бетона неавтоклавного твердения следует, что при их изготовлении было принято недостаточно мер по обеспечению защиты бетона в процессе эксплуатации зданий. Так, например, для наружной отделки панелей применялся паронепроницаемый плотный слой цементного раствора. В результате миграции и накопления влаги на границе плотного и ячеистого бетона развивались деструктивные процессы. Плотный слой отслаивался после первого года эксплуатации. В ряде случаев причиной разрушений конструкций являлась недостаточная защита арматуры от коррозии. Но там, где применялись меры по устранению увлажнения конструкций, а также защита закладных деталей от коррозии, изделия из ячеистого бетона неавтоклавного твердения обладали необходимой долговечностью.
Опыт промышленного производства ячеистого бетона неавтоклавного твердения начинается с 30-х годов, индустриальное производство было положено в 50-е годы и использовалось во многих городах Сибири. Так, использование газобетонных панелей в жилых домах Норильска позволило сократить сроки строительства на треть, трудовые затраты снизить до 50%, а стоимость 1 м2 жилья уменьшить на 25%.
В конце 40-х годов возникает производство пеносиликатных изделий (Москва, Харьков), а в 1953 г. осваивается изготовление крупных строительных деталей из автоклавного пенобетона и пеносиликата на Урале (Березники). В 50-х годах в ряде мест начинают изготавливать газобетон, ранее выпускавшийся только в Риге. С тех пор промышленное производство изделий из ячеистых бетонов развивается у нас преимущественно на основе способа газопоризации с применением автоклавной обработки.
Большой вклад в это дело вносит НИПИсиликатобетон (Таллинн), Научно-исследовательский институт бетона и железобетона (НИИЖБ). Во многих научных учреждениях в других городах страны (Вильнюс, Киев, Минск, Челябинск и др.) ведутся систематические изыскания новых способов совершенствования производства, улучшения свойств, расширения областей применения ячеистых бетонов. Аналогичные работы ведут кафедры инженерно-строительных институтов в Воронеже, Ленинграде, Москве, Новосибирске, Пензе и Ростове-на-Дону. Крупные заводы и комбинаты газобетонных изделий в Ленинграде, Подмосковье, Сибири оборудованы высокопроизводительными агрегатами и применяют новейшие способы производства.
Развитие производства ячеистого бетона в Украине связано с бетоном автоклавного твердения. Это направление А.Н. Филатов (НИИСМИ, г. Киев) связывает с поставкой в 1960-1962 годах Польшей технологического оборудования для 10-ти заводов в СССР по производству изделий из ячеистого бетона автоклавного твердения, из которых Луганский комбинат ячеистобетонных конструкций, построенный с использованием такого комплекта оборудования и стал первым крупным (180 тыс. м3/год) производителем ячеистобетонных изделий в Украине. Последовательно наращивая объемы изготовления и расширяя номенклатуру выпуска ячеистобетонных изделий, комбинат достиг объемов производства в 250 тыс. м3/год. Изготавливались мелкоштучные блоки, теплоизоляционные и звукопоглощающие плиты, ограждающие панели для общественных и промышленных зданий.
Рссийские и Украинские предприятия были рассчитаны на выпуск стеновых панелей в индивидуальных формах и определенной номенклатуры мелких стеновых блоков по резательной технологии. Однако формовочно-резательное оборудование типа СМ-1211, которое осваивалось также на аналогичных предприятиях Белоруссии, в технологическом предназначении не дало положительного результата. В итоге предприятия оказались без стабильной технологии из-за несовершенства работы резательного оборудования. Белгород-Днестровский завод, используя научно-технический потенциал специалистов института ВНИИстром им. П.П. Будникова и НИИСМИ, в несколько этапов, довели резательную машину СМ-1211 до рабочего состояния. Впервые для изготовления армированных панелей и крупных блоков методом двух- и трехслойной горизонтальной резки ячеистобетонных массивов на резательной машине установили дополнительное оборудование. По этой технологии завод изготавливал панели для строительства промышленных, сельскохозяйственных и общественных каркасных зданий высотой до 12 этажей. В то время, из изготовленных ячеистобетонных изделий Белгород-Днестровским комбинатом, построены сотни объектов в южном регионе Украины. Это позволило ввести в эксплуатацию разнообразные объекты административного, промышленного и бытового назначения в городах Одессе и Белгород-Днестровском.
Формовочные цеха Славутского и Сумского заводов силикатных стеновых материалов в последующий период были переоснащены опытным формовочно-резательным оборудованием, которое было разработано головным институтом по ячеистым бетонам Минстройматериалов СССР НИПИсиликатобетон (г. Таллинн). Отформованный массив объемом 4,5 м3 на технологической линии переносится на пост резки, где на резательном агрегате выполняется его продольная и поперечная резка на изделия. На Николаевском комбинате мелкие ячеистобетонные блоки изготавливались формованием массива 6,0×2,4×0,6 м и последующей его разрезкой на изделия путем подъема краном съемных бортов, на которых закреплены продольные и поперечные струны (способ резки - "рамка со струнами"). Соответственно, такой способ не обеспечивал получения мелкоштучных изделий точных размеров, что и не способствовало увеличению объемов их использования в строительстве.
На Черниговском заводе ячеистобетонные массивы формуются в формах объемом 2,65 м3 с открывающимися бортами. Массив разрезается на изделия машиной конструкции ВНИИстром им. П.П. Будникова. В автоклав изделия загружаются на поддонах, что уменьшает коэффициент его использования.
К концу 80-х годов общий объем производства ячеистобетонных изделий в Украине составлял около 1,2 млн. м3/год, из них на долю мелкоштучных изделий приходилось около 900 тыс. м3. Большинство предприятий производства ячеистобетонных изделий в это время освоили выпуск мелких стеновых блоков с плотностью 600 кг/м3, армированных изделий с плотностью 600:700 кг/м3, и теплоизоляционных изделий - 320:400 кг/м3. На Луганском, Черниговском, Белгород-Днестровском заводах было освоено производство звукопоглощающих плит "Силакпор" на технологической линии, разработанной институтом ВНИИТермоизоляция (г. Вильнюс, Литва).
Второй этап развития производства изделий из автоклавного ячеистого бетона начался в 1988 году, когда была принята программа строительства и реконструкции 24 предприятий ячеистого бетона в Украине. Общая годовая мощность предприятий должна была возрасти до 2,7 млн. м3/год. Первую группу предприятий планировалось построить в Житомире, Купянске, Днепропетровске, Обухове. Проектную документацию на строительство этих предприятий разработал институт Южгипростром по технологическому регламенту НИИСМИ (г. Киев).
Весной 1991 г. вступил в строй цех мелких блоков мощностью 80 тыс. м3/год на Житомирском комбинате силикатных изделий. В цехе с агрегатно-поточной технологической схемой производства было установлено формовочно-резательное оборудование "Универсал-60", массивы транспортировались мостовыми кранами. Ячеистобетонный массив (6,3×1,24×0,65 м) переносился на щелевой стол резательной машины, на котором выполнялись поперечные, продольные и вертикальные резы для получения мелкоштучных изделий. Отходы сырца массива возвращаются в производство в виде цементно-песчаного шлама. Разрезанный на изделия массив на специальном решетчатом поддоне мостовым краном переносится на автоклавную тележку для последующего проведения тепловлажностной обработки в автоклаве. В таком проекте применены отработанные и проверенные на заводах первого поколения технологические приемы и оборудование. За первые два года цех мелкоштучных ячеистобетонных изделий Житомирского завода изготовил 122 тыс. м3 блоков, а в 1993 году - 89 тыс. м3, превысив проектную мощность. Выпускались преимущественно два типоразмера блоков 60×30×20 и 60×30×10 см, плотность бетона составляла 580:640 кг/м3, а предел прочности на сжатие 2,5:3,0 МПа.
Аналогичный цех на Купянском комбинате силикатных изделий (Харьковская обл.) был сдан в эксплуатацию в 1993 г. с двумя технологическими линиями и производительностью каждой в 80 тыс. м3/год.
В 1994 году в г. Обухове (Киевская обл.) на заводе силикатных стеновых материалов была введена в эксплуатацию технологическая линия с вибровспучиванием ячеистобетонного массива по производству мелкоштучных изделий с проектной мощностью 80 тыс. м3/год. Через некоторое время этот цех стал самостоятельным предприятием - "Обуховский завод пористых изделий". Это предприятие, последовательно внедряя передовые технологические решения и выполняя модернизацию формовочного и резательного оборудования, постоянно увеличивало объем производства мелкоштучных изделий. В 2000-2002 годах завод работал на уровне проектной мощности. Сейчас предприятие является флагманом производства ячеистобетонной продукции в Украине.
В разные сроки в Украине за счет реконструкции некоторых технологических линий предприятий по производству автоклавных и неавтоклавных бетонов были созданы линии с небольшими объемами производства мелкоштучных блоков. На Запорожском ЗЖБК-1 в цехе стеновых ячеистобетонных автоклавных изделий была смонтирована собственными силами полуконвейерная линия "Экстра-блок", изготовленная заводом "Строммашина" (г. Бологое) мощностью 40:60 тыс. м3/год. Проект этой линии можно считать лучшим среди отечественных линий с поддонной транспортировкой ячеистобетонного массива. Ряд технических и технологических решений можно считать наиболее удачными, а технические возможности резательного оборудования могут обеспечить самый точный рез массива из используемого оборудования в Украине. Объем производства мелкоштучных изделий такой линии способен удовлетворить региональный спрос строителей. Так, из мелкоштучных изделий ЗЖБК-1 построено несколько десятков домов в Запорожье, Днепропетровске, Донецке, Севастополе и др. городах.
На Черниговском заводе "Силикат" эксплуатируется полуконвейерная линия "Виброблок". В линиях такого типа ("Агроблок", "Экстраблок", "Виброблок") формуются небольшие массивы (до 3 м3), разрезку производят на поддоне, как по месту вызревания, так и с транспортировкой к резательной машине. Такие линии занимают небольшую площадь и могут вписываться в существующее производство силикатных изделий, где имеются автоклавы диаметром 2 и 2,6 метра.
После ввода в эксплуатацию предприятий в Житомире, Обухове, Купянске общая мощность предприятий по производству изделий из ячеистого бетона составляла около 1,5 млн. м3. Строительство других крупных предприятий, предусмотренных программой развития производства ячеистого бетона, в Украине не было осуществлено из-за ухудшения экономического состояния страны в целом. Предприятия останавливались и переходили на сезонный режим работы. Общий выпуск изделий составлял менее 100 тыс. м3. В конце 90-х годов наметился рост объемов производства мелкоштучных ячеистобетонных изделий, который связан с экономической и энергетической эффективностью использования их в жилых и общественных зданиях, а также с некоторым ростом объемов строительства в крупных городах Украины. В 2000 году работало уже семь предприятий, которые выпустили около 200 тыс. м3 мелкоштучных изделий, а в 2002 г. - более 250 тыс. м3. Возрождению производства изделий из ячеистого бетона в значительной степени способствовало начавшееся в 1995-1996 годах в Киеве строительство "теплых" жилых одно- и многоэтажных домов с двух-, трехслойными наружными стенами. В таких домах термоблоки плотностью до 400 кг/м3 используются в качестве утеплителя, а блоки плотностью 600 кг/м3 - для устройства перегородок.
Другим крупным потребителем мелкоштучных изделий из ячеистого бетона является малоэтажное строительство. Это усадебные дома высотой 1-3 этажа, административные здания, дачи, гаражи и другие вспомогательные помещения. Их строительство ведется вокруг Киева и во всех районах Киевской, Днепропетровской, Житомирской, Запорожской, Одесской, Черниговской и других областях Украины. Параллельно с развитием технологии автоклавного ячеистого бетона продолжает совершенствоваться и технология пенобетона. В 80-х годах в ДИСИ проводятся научно-исследовательские работы под руководством чл.-корр. АН УССР, д.х.н. Г.Д. Диброва по керамзитопенобетону и неавтоклавному пенобетону. Технология пенобетона разрабатывалась по раздельной пенной поризации, в качестве основного пенообразователя использовалась смола древесная омыленная (СДО) с применением различных стабилизаторов и модификаторов. Результаты этих разработок (практические результаты кандидатской диссертации В.А. Мартыненко) были внедрены на Светловодском опытном заводе конструкций быстромонтируемых зданий, где в 1985 году была запущена первая технологическая линия по изготовлению плит покрытий 3×12 м с монолитным пенобетонным утеплителем.
Если проанализировать в целом развитие технологии ячеистого бетона в бывшем СССР, в странах СНГ и в Украине, то можно выделить условно четыре основных периода: развитие технологии неавтоклавного пенобетона (1926-1941); развитие автоклавного пенобетона (1945-1960), с использованием пенообразователей, приготавливаемых непосредственно в производственных условиях (клееканифольного, смолосапонинового, алюмосульфонафтенового, ГК, жидкостекольного и некоторых др.). При этом сохраняются незначительные объемы производства неавтоклавного пенобетона и начинается производство автоклавного газосиликата; производства автоклавного газобетона (1960-1985) связан со строительством новых заводов с оборудованием, поставленным из Польши. В этот период производство неавтоклавного пенобетона значительно сокращается, как по причине значительного удельного расхода цемента, так и из-за проводимой тогда строительной политики, направленной на массовое развитие производства сборного железобетона; возрождения технологии пенобетона (с 1985 г.) при сохранении производства автоклавного ячеистого бетона, и стремительное наращивание объемов производства (с 1995 г.) неавтоклавного пенобетона. Этот новый этап развития пенобетона связан, как с использованием более эффективных пенообразователей на основе отходов нефтехимической, лесохимической, химической промышленностей, так и с производством специальных воздухововлекающих и пенообразующих добавок для приготовления пенобетонных смесей, а так же значительной химизацией стройиндустрии на базе интенсивного развития прикладной науки, химической механики дисперсных систем и др.
Однако, несмотря на значительное распространение пенобетонной технологии, можно заметить ряд и отрицательных тенденций, которые связаны не только со слабой технологической подготовкой малообъемных производств мелкоштучных пенобетонных изделий, но также и с нерациональным использованием самой технологии при изготовлении некоторых видов ячеистобетонных изделий. Так, анализ работы ряда предприятий России и Украины показал ряд организационных и технологических недостатков, снижающих качество производимой продукции, ее конкурентоспособность на строительном рынке и, тем самым, создание реальной возможности дискредитации технологии неавтоклавных бетонов.
